基于STEM教育的中職專業課教學設計探討

武劍飛

STEM教育作為復合型高素質技術技能人才培養的重要途徑，已在世界范圍內得到廣泛認可。目前，STEM教育在我國也已進入蓬勃發展階段。然而，STEM教育在我國中小學得到了較為廣泛的推廣，但在中職學校的推廣和研究卻相對較少。本文基于當前中職學校人才培養面臨的挑戰，剖析了STEM教育的內涵及在中職學校實施STEM教育的意義，并對基于STEM教育的中職專業課教學設計進行了探討。

1 引言

STEM教育是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）英文首字母的簡寫，起源于20世紀80年代的美國，隨后在全世界范圍內掀起了研究熱潮，并被美國、英國、德國等多個國家列為國家人才培養戰略。2016年，在我國教育部頒布的《教育信息化“十三五”規劃》中，首次提及了STEM相關的內容，也由此拉開了STEM教育在我國蓬勃發展的序幕。然而，STEM教育近些年在我國中小學得到了快速推廣，但在中職學校的推廣和研究卻相對較少。

2 中職學校人才培養面臨的挑戰

隨著互聯網、人工智能和大數據等新技術的飛速發展，人類社會已從工業時代步入信息時代。傳統產業結構在新技術的推動下，正在發生巨大變革。未來，從事一般體力勞動或簡單腦力勞動的職業將逐漸被技術所取代。在此背景下，中職教育正面臨著前所未有的挑戰。當前，中職學生就業所從事的崗位普遍以生產、服務等行業的一線崗位為主，這些崗位工作內容大多屬于一般體力勞動或簡單腦力勞動。隨著時間的推移，這些崗位在工作內容上、方式上不斷變革，有些崗位、職業甚至會隨著技術的發展逐漸消失，取而代之的可能是今天并不存在的新崗位、新職業。因此，中職學校的專業課程教學不能僅重視培養學生掌握專業知識或技能，而應同時注重培養學生具備適應社會發展的能力。然而，當前我國中職教育在面向職業崗位的專業能力培養方面取得了較好成效，但在對學生發展起著關鍵性作用的問題解決能力、創新能力等核心素養方面的培養尚顯不足，距離培養高素質技術技能人才的目標還有一定差距。STEM教育則為有效解決這一問題提供了思路和借鑒。

3 STEM教育的內涵

目前，STEM教育在國際上沒有一個公認的定義，每個國家或組織對STEM教育都有不同的理解。在教育部2017年修訂的《義務教育小學科學課程標準》中，首次對我國的STEM教育做出明確定義，將STEM教育定義為一種將科學、技術、工程、數學有機融為一體，以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式。通過對比分析世界各國對STEM教育的研究成果，不難發現雖然各國對STEM教育的定義存在差異，但對STEM教育內涵的理解基本一致。STEM教育的內涵主要體現在以下幾個方面：

3.1 STEM教育以解決真實問題為出發點

STEM教育是對現實世界中真實問題的探究學習，強調學生的學習內容與現實世界緊密聯系，注重營造與真實工作情境相似的學習情境，引導學生在親身解決真實問題的過程中理解知識、掌握技能、激發創造力，進而培養學生運用所學知識、技能創造性解決問題的能力。

3.2 STEM教育倡導跨學科融合

在傳統的學科式教育中，課程按學科進行劃分，雖然有利于同一學科知識的系統化組織與教學，但也不可避免地造成了不同學科間相對孤立，缺乏橫向聯系，最終導致學生無法綜合運用所學知識解決現實中復雜的實際問題。STEM教育倡導跨學科融合，但這并不意味著將幾門學科簡單疊加，而是強調根據解決問題的實際需要，將不同學科知識有機整合，并幫助學生構建動態生成的、綜合性的知識體系與問題解決思維。跨學科知識融合是STEM教育的核心特征。

3.3 STEM教育采用基于建構主義的教學范式

STEM教育突出學生在學習中的主體地位，強調教學活動要以學生為中心，鼓勵發揮學生的主觀能動性和創造性，關注學生如何以原有的經驗、心理結構和信念為基礎建構知識，同時注重學習情境、學習共同體對知識建構和能力培養的作用，這些都與建構主義學習理論的觀點高度契合。因此，STEM教育實質上是一種基于建構主義學習理論的課程組織方式。STEM教育通常采用基于建構主義的教學范式，以此為基礎發展的基于項目的教學模式在STEM教育中得到了廣泛應用。

3.4 STEM教育是培養學生核心素養的載體

核心素養是指學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，突出強調個人修養、社會關愛、家國情懷，更加注重自主發展、合作參與、創新實踐。在教育部2014年發布的《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中，就已明確強調要把核心素養要求落實到各學科教學中，由此可見核心素養在教育中的重要性。然而，傳統教育的課程組織方式并不利于培養學生的核心素養。STEM教育以培養學生的核心素養為目標，強調學生在動手實踐中形成動態生成的、綜合性的知識體系與問題解決思維。這種綜合性、研究性的學習過程更利于學生核心素養的形成與固化，是培養學生核心素養的有效載體。

3.5 STEM教育是多元主體共同參與的教育

從教學主體層面看，一方面，基于STEM教育構建的課程需要以真實的工程、技術問題為出發點，而要及時、準確地獲取這些問題并將其科學地轉化為學習項目，企業專家的參與顯然是必不可少的；另一方面，STEM教育強調跨學科知識融合，這通常需要不同學科間的教師共同組建教學團隊才能良好實現。從學習主體層面看，STEM教育強調通過小組合作學習培養學生的溝通、交流、協作等關鍵能力。在基于STEM教育的課堂中，學生將不再以孤立的學習個體形式存在，而更多的是以學習小組的形式開展學習。從更長遠的角度看，以學習者為中心，由政府、學校、企業和其他社會團體等多元主體共同參與組成的學習共同體，將是支撐STEM教育實施的必備條件。

4 STEM教育融入中職專業課教學的意義

4.1 STEM教育為培養學生的核心素養提供有效路徑

職業教育以培養學生具備從事某一職業所必須的專業知識、技能和素養為主要目標，但不同于專業知識或技能，素養并不與某一具體的職業活動或工作崗位直接相關，它是通過個體行為所反映出的態度、品格或能力，可以遷移到任何職業或崗位。素養的涵蓋范圍非常廣泛，核心素養則是其中對個體終身發展和社會發展都起著關鍵作用的部分，是對知識、能力、態度的綜合與超越。一方面，核心素養相較于知識、技能更抽象、更隱性，不易從聆聽、觀察、閱讀或練習等課堂活動中直接習得，這也是核心素養之所以難培養的主要原因。另一方面，中職學校的專業課程已普遍實現了課程教學內容對接職業崗位工作內容，這本是無可厚非的。然而，中職學生就業所面向的職業崗位普遍以從事簡單腦力勞動或一般體力勞動為主，在現代工業飛速發展的今天，這些崗位工作大多已具有規范的工作標準和標準化的工作流程?；谶@些工作內容開發的課程內容，在教學中為學生提出的大多是已有標準答案的封閉式或半封閉式問題，教學過程以知識傳授和技能訓練為主，不利于學生的問題解決能力、創新能力等核心素養的培養。即使部分老師關注到了核心素養的重要性，但在這類課程中也很難找到培養學生的有力抓手，最終導致很多課程有素養目標，卻無法有效實現。STEM教育以培養學生的核心素養為目標，從真實的、開放性的問題出發，以學生為中心，以教師、企業專家等為輔助，引導學生在動手實踐中主動研究問題，配合基于項目的教學模式，讓學生在解決問題的過程中建構知識。在這一過程中，學生通過小組合作學習、真實問題研究、頭腦風暴等活動，逐步形成團隊協作能力、溝通交流能力、問題解決能力和創新能力等核心素養。因此，STEM教育為培養學生的核心素養提供了更有效的路徑。

4.2 STEM教育將進一步推動中職學校深化產教融合

在基于STEM教育的中職專業課教學中，學習項目必須以企業真實的問題為基礎進行設計，教學情境要盡量貼近企業實際的工作情境，學生要學會運用工程問題研究的思維解決問題。要實現這些目標，企業專家的參與顯然是必不可少的。以學生為中心，由學生、教師、企業專家共同組成的學習共同體，或將成為未來中職專業課教學的重要形式。企業專家通過與教師共同設計學習項目、創設學習情境、指導學習活動、提供咨詢建議等方式參與課堂教學。這種基于日常教學層面開展的常態化校企合作，將有效解決中職學校教學偏離工作實際、企業在中職學校人才培養過程中參與度低等問題，進一步深化產教融合，從根本上推動職業教育與各行各業的兼容發展。一方面，基于STEM教育的中職專業課教學將進一步強化學校師生與企業間的聯系，促使企業更多地參與到中職學校人才培養過程中，進而使中職學校的人才培養更符合企業的需求；另一方面，企業通過參與學校教學，可以更早、更客觀地對學生進行考查，提升企業對學生的吸引力，有助于企業招納優質人才；另外，學生的學習成果也將為企業解決實際問題提供思路和借鑒。

4.3 STEM教育將成為中職課堂革命的助推劑

自國務院頒布實施“職教20條”以來，職業教育受到了全社會的高度重視，并得到了前所未有的快速發展。近年來，隨著職業教育改革相關舉措不斷落地，廣大中職學校教師也積極投身到了改革的浪潮中，在人才培養模式改革、教學教法改革、教材改革等諸多方面取得了成果。然而，當前中職教育的改革大多是自上而下推行的，“追熱點”的現象在中職學校教師中普遍存在。對于在課堂教學中長期存在卻并非當下熱點的問題，往往容易被忽略?；赟TEM教育的課堂教學或將從根本上改變這一現狀。從教師層面看，STEM教育將“迫使”教師將目光回歸到課堂教學，促進教師提升教育理念、轉變角色定位、改進教學方法、創新評價模式，推動教師開展以提升課堂教學質量為主要目的的各類教育、教學研究。這將是一個從教師自身需求出發，自下而上的改革過程。自上而下的改革引領與自下而上的改革探索均以提升人才培養質量為目標，二者相輔相成、同向同行。因此，STEM教育將成為中職課堂革命的助推劑，進一步從廣大教師層面推動職業教育改革。

5 STEM教育融入中職專業課教學應避免的誤區

5.1 并非所有的真實問題都適用于教學

STEM教育以解決真實問題為出發點，但這并不意味著所有的真實問題都適用于教學，如遠超出學生能力范圍或因人為原因導致的問題等。適用于教學的問題首先要具有一定的開放性和探究價值，解決問題可以有多種不同方案；其次，問題的難度要在學生的解決能力范圍內，且學校的資源條件足以支撐教學。

5.2 STEM教育是“融入”，并非“顛覆”

當前，中職學校大多已經具備了相對成熟的、系統化的課程體系，在專業課程層面，也頒布了相關的國家教學標準，教學內容能夠較好地對接職業崗位工作內容。因此，STEM教育的融入主要是彌補現有專業課對學生核心素養培養的不足，更多的是通過獨立的學習項目的形式適度融入，而不是對現有課程體系的顛覆。

5.3 避免過度關注“結果”，忽略“過程”

當前，由于中職學校專業課教學仍以培養學生掌握知識、技能為主，因此教師不可避免地對學生的學習結果高度關注，而核心素養的培養相對于知識、技能的培養需要更漫長的培養周期，且始終處于不斷提升的過程，不易于通過終結性的結果進行客觀評價。因此，在基于STEM教育的中職專業課教學中，應該終結性評價與形成性評價并重，在核心素養的評價方面更適于采用形成性評價。

6 基于STEM教育的中職專業課教學設計路徑

6.1 基于企業調研、訪談，獲取真實工作問題

在信息技術廣泛應用的今天，很多中職教師習慣于通過網絡搜索、網絡問卷調查等途徑獲取企業真實的工作問題，但這樣獲取的信息往往存在內容碎片化、關鍵信息缺失等弊端，很難有效轉化為學習項目。教師必須通過企業調研、訪談等面對面交流形式，深入了解問題產生的背景、原因、技術難點等細節信息，并結合學校的實際教學條件、學情特點等因素，綜合研判問題的難度和轉化為學習項目的可行性，這是進行學習項目設計的重要前提。

6.2 基于真實工作問題，設計學習項目

在確定問題后，教師需要與企業專家共同剖析解決問題所需的知識、技能和核心素養，并通過歸納、總結形成若干能力點，進而根據能力點，確定項目的教學目標和教學重難點。同時，根據能力點的能力層次要求和知識、技能的銜接關系，將學習項目分解為若干個難度逐級遞進的學習活動，每個學習活動對應一個或多個能力點。學生通過完成學習活動，實現對能力點的逐一掌握，最終達成項目學習目標。在設計學習項目時，科學地引導問題是指引學生有效開展學習的關鍵。另外，在設計中還應充分考慮跨學科知識的融合路徑。

6.3 基于科學探究思維與工程設計思維，確定教學模式

STEM教育強調跨學科知識融合，這種融合不僅體現在知識內容的設計層面，更體現在對學生思維的培養層面。學生在課堂中參與的學習項目源自于真實工作中的實際問題，在實際工作中，解決這些問題必須具備科學探究思維和工程設計思維才能實現。因此，在基于STEM教育的中職專業課教學中，基于科學探究思維和工程設計思維確定合理的教學模式是培養學生形成科學解決問題思維的關鍵。由美國國際技術與工程教育學會提出的6E教學模式在基于STEM教育的課堂教學中得到了廣泛認可和應用，它包括參與、探索、解釋、工程、豐富和評價6個階段。以6E教學模式為基礎，結合實際的學習項目內容對課堂教學模式進行拓展與創新，是確保基于STEM教育的課堂教學有效實施和提升課堂教學質量的有效路徑。

6.4 基于教學需求，組建學習共同體

組建以學生為中心，以教師為主導，以企業專家和其他社會團體為輔助的學習共同體是基于STEM教育的中職專業課教學得以順利實施的重要保障。對于大部分在中職學校內開展的教學，學生、教師和企業專家是學習共同體中不可或缺的要素。根據學習項目及各階段教學的需求，學習共同體成員通過合理分工，有效支持每個學生個體開展學習。對于一些有特殊教學需求的學習項目或教學階段，則需要更廣泛的社會團體參與其中。值得注意的是，在基于STEM教育的中職專業課教學中，教師必須適應自身角色的轉變，從課堂的掌控者、知識傳授者轉變為教學的組織者和學生學習的輔助者，這是引導學生開展研究性學習的重要前提。

6.5 基于教學目標和教學內容，選用教學方法

有別于傳統課堂教學，在基于STEM教育的中職專業課教學中，知識、技能不再是通過教師講授、示范等方式傳授給學生，而是讓學生在貼近真實工作情景的學習情境中充分發揮主觀能動性和創造性，通過小組合作學習的方式讓學生在親身解決真實問題的過程中理解知識、掌握技能、形成素養，從而逐步構建能力。因此，在基于STEM教育的中職專業課教學中，普遍采用情境教學法、小組合作教學法、頭腦風暴教學法等以推動學生開展探究性學習為主要目的的教學方法。根據教學目標和教學內容的要求，往往需要綜合運用多種教學方法，以求達到最佳的教學效果。

6.6 基于成果導向和增值評價理念，設計學生評價方案

STEM教育以培養學生的核心素養為目標，然而核心素養相較于知識和技能更抽象、更隱性，不僅需要漫長的、系統化的培養過程，而且不易于實施量化評價。在合理評價學生知識、技能掌握情況的同時，如何科學評價學生的核心素養水平，一直是學生評價中的難點問題。在基于STEM教育的中職專業課教學中，大部分課堂時間將用于開展學生的學習活動，學生也將在學習活動中充分展現自身的態度和行為。因此，一方面，可以借鑒基于成果導向的反向設計原則，從學生在課堂中展現的態度、行為出發，在隱性的核心素養與顯性的課堂表現之間建立映射關系，進而通過對學生的態度和行為實施量化評價，間接實現對核心素養的有效評價。另一方面，基于增值評價理念，不以成績作為學生評價的唯一標準，更多地關注學生相對于自身的發展與進步水平，也是構建基于STEM教育的學生評價方案的關鍵。另外，獲取評價結果并非實施評價的最終目的，教師基于評價結果，幫助學生發現自身不足、制訂改進方案、促進學生成長，才是學生評價的意義所在。

7 總結

STEM教育理念與當前在中職學校廣泛運用的行動導向教學理念并不矛盾，二者具有相同的學習理論基礎，在教學模式、教學方法等方面也具有諸多共通之處。因此，將STEM教育引入中職專業課教學，并非推翻中職學?，F有的教學體系，而是對現有教學體系的完善與升華。未來，STEM教育必將在創新型人才培養和高素質技術技能人才培養過程中發揮至關重要的作用。

本文系廣東省職業技術教育學會第四屆理事會科研規劃項目2021～2022年度課題《STEM教育視野下的中職汽修專業典型課例設計與實踐研究》，項目編號：202103Z155。

（作者單位：廣州市交通運輸職業學校）